BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN CÔNG CHI ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CATIA TRONG THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH GIA CÔNG TRỤC VÍT CÓ BƯỚC THAY ĐỔI TRÊN MÁY TIỆN CNC Chuyên ngành : CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN VIẾT TIẾP Hà Nội – 2011 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Ký hiệu Ý nghĩa APT Auto matically Programed Tool CAD Computer Aided Drawing, Computed Aided Design CAE Computer-Aided Engineering CAM Computer aided manufacturing CATIA CNC Computer Numerical Control FEA Finite Element Application STL Standard Template Library D Đường kính trục vít 10 L Chiều dài trục vít 11 H Chiều sâu rãnh vít 12 t Bước rãnh vít 13 Q Khối lượng chi tiết 14 ρ Khối lượng riêng chi tiết 15 V Thể tích chi tiết Computer Aided Three Dimensional Interactive Application MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cám ơn Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 11 1.1 Tổng quan chung công nghệ CAD/CAM .11 1.2 Lịch sử phát triển CAD/CAM .18 1.3 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ CAD/CAM Việt Nam 20 Chương THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRỤC VÍT CÓ BƯỚC THAY ĐỔI 25 2.1 Đặc điểm cấu tạo số thành phần máy đùn nhựa 25 2.1.1 Thân máy đùn 26 2.1.2 Bộ phận cấp liệu .27 2.1.3 Gia nhiệt làm lạnh 28 2.1.4 Đầu tạo hình 28 2.15 Động điện 29 2.1.6 Một vài dây chuyền sản xuất có sử dụng máy đùn 29 2.1.7 Hoạt động trục vít thiết bị đùn 31 2.2 Đặc điểm cấu tạo số thành phần máy đúc phun 35 2.2.1 Máy đúc phun loại pittong 36 2.2.2 Máy đúc phun loại trục vít 36 2.3 Đặc điểm cấu tạo trục vít có bước thay đổi 43 Chương CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRỤC VÍT CÓ BƯỚC THAY ĐỔI 47 3.1 Phân tích chi tiết xác định sản lượng 47 3.1.1 Chức nhiệm vụ 47 3.1.2 Yêu cầu kỹ thuật chi tiết 48 3.1.3 Xác định dạng sản xuất 50 3.2 Xác định phương pháp chế tạo phôi 50 3.2.1 Cơ sở lựa chọn phương pháp chế tạo phôi .50 3.2.2 Phương pháp chế tạo phôi .51 3.3 Quy trình công nghệ gia công chi tiết 52 3.3.1 Phân tích chuẩn định vị gia công 52 3.3.2 Trình tự nguyên công .55 3.4 Thiết kế nguyên công 55 3.4.1 Nguyên công I Khỏa mặt đầu khoan hai lỗ tâm 55 3.4.2 Nguyên công II Tiện thô, tiện bán tinh tiện tinh Ф32, Ф38 .56 3.4.3 Nguyên công III Tiện thô, tiện bán tinh tiện tinh Ф50 .57 3.4.4 Nguyên công IV Phay then hoa .57 3.4.5 Nguyên công V Phay rãnh vít máy CNC .58 3.4.6 Nguyên công VI Nhiệt luyện, mài 59 3.4.7 Nguyên công VII Khoan, tiện lỗ, tiện ren 60 Chương ỨNG DỤNG MỀM CATIA TRONG THIẾT KẾ VÀ GIA CÔNG TRỤC VÍT 62 4.1 Lịch sử phát triển phần mềm CATIA 62 4.2 Cấu trúc phần mềm 63 4.2.1 Một số module sử dụng thiết kế (CAD) 64 4.2.2 Module phân tích phần tử hữu hạn (Analysis & Simulation) 65 4.2.3 Một số module sử dụng lập trình gia công (CAM) .66 4.3 Một số thao tác module lập trình gia công 67 4.3.1 Các thiết lập ban đầu .67 4.3.2 Chu trình gia công tiện thô .68 4.3.3 Chu trình gia công dạng xoắn vít 72 4.3.4 Mô trình gia công 73 4.3.5 Xuất chương trình gia công sang mã NC .75 2.5 Thiết kế trục vít có bước thay đổi 76 2.6 Lập trình mô gia công trục vít có bước thay đổi 856 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91 Kết luận 91 Kiến nghị 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Những kết nghiên cứu luận văn đảm bảo tính xác, trung thực chưa có tác giả công bố; nội dung tham khảo, trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tác giả luận văn Trần Công Chi LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận văn Thạc sỹ, nhận quan tâm, giúp đỡ nhiều tập thể cá nhân Nhân dịp hoàn thành luận văn, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Nguyễn Viết Tiếp trực tiếp tận tình hướng dẫn suốt thời gian thực luận văn tốt nghiệp mình; Trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; Các thầy cô, công nhân viên chức viện Sau đại học, Viện Cơ khí tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành nhiệm vụ; Chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Lâm Nghiệp, Khoa Chế Biến Lâm sản, nơi công tác nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho trình theo học hoàn thành luận văn tốt nghiệp; Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình bạn bè, đồng nghiệp thường xuyên quan tâm, động viên, tạo điều kiện tốt tinh thần vật chất cho suốt thời gian vừa qua Do thời gian thực có hạn kiến thức thân nhiều hạn chế, luận văn tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận bảo, góp y phê bình Thầy, Cô bạn bè Xin trân trọng cảm ơn! DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Ký hiệu Ý nghĩa APT Auto matically Programed Tool CAD Computer Aided Drawing, Computed Aided Design CAE Computer-Aided Engineering CAM Computer aided manufacturing CATIA CNC Computer Numerical Control FEA Finite Element Application STL Standard Template Library D Đường kính trục vít 10 L Chiều dài trục vít 11 H Chiều sâu rãnh vít 12 t Bước rãnh vít 13 Q Khối lượng chi tiết 14 ρ Khối lượng riêng chi tiết 15 V Thể tích chi tiết Computer Aided Three Dimensional Interactive Application DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TT Tên hình Trang 1.1 Các ứng dụng hệ CAM 14 1.2 Mô hình công cụ CAD/CAM 16 1.3 Sơ đồ sản xuất áp dụng hệ CAD/CAM 17 1.4 Lịch sử triển CAD/CAM/CNC 20 2.1 Cấu trúc máy đùn 25 2.2 Phân loại máy đùn theo số trục vít 26 2.3 Cấu tạo họng cấp liệu 27 2.4 Hình dạng phễu nạp liệu 27 2.5 Gia nhiệt làm lạnh máy đùn 28 2.6 Dạng đầu tạo hình sản phẩm ống 29 2.7 Dây chuyền tạo màng, phẳng 30 2.8 Dây chuyền phủ nhựa 30 2.9 Dây chuyền thổi mạng 31 2.10 Dây chuyền đùn định hình 31 2.11 Ma sát trục vít trình làm việc 32 2.12 Nóng chảy tiếp giáp máy máy đùn trục vít đơn 33 2.13 Nóng chảy phân tán máy máy đùn trục vít đơn 34 2.14 Các thành phần máy ép phun 37 2.15 Máy ép phun ngang 38 2.16 Băng gia nhiệt xy-lanh 39 2.17 Dạng đầu phun đóng với van đóng mở bên 40 2.18 Các phần khuôn đúc-phun 41 2.19 Một vài dạng cấu trúc kênh phân nhánh 42 2.20 Ví dụ mô tả dạng phân nhánh phần phế thải chúng 42 2.21 Cuống phun hình nón 43 2.22 Cấu tạo chung trục vít có bước thay đổi 43 2.23 Một số loại trục vít máy đúc phun 45 3.1 Bản vẽ chi tiết trục vít 49 3.2 Sơ đồ định vị gia công trục vít hai lỗ tâm 53 3.3 Sơ đồ định vị gia công trục vít mặt lỗ tâm 54 3.4 Sơ đồ định vị gia công trục vít mặt trục 54 3.5 Sơ đồ định vị nguyên công khỏa mặt, khoan tâm 56 3.6 Sơ đồ định vị tiện Ф32, Ф38 57 3.7 Sơ đồ định vị tiện Ф50 57 3.8 Sơ đồ định vị phay rãnh then hoa 58 3.9 Sơ đồ định vị gia công rãnh vít 59 3.10 Sơ đồ định vị mài rãnh vít 59 3.11 Sơ đồ định vị gia công lỗ ren 60 3.12 Gia công rãnh vít trung tâm NT4300DCG 60 3.13 Công đoạn mài kiểm tra sản phẩm 61 4.1 Sơ đồ hệ thống CAD/CAM/CAE CATIA 64 4.2 Module thiết mechanical design shape 64 4.3 Module phân tích phần tử hữu hạn 65 4.4 Module lập trình gia công machining 66 4.5 Hộp thoại thiết lập Part Operation 68 4.6 Hộp thoại lựa chọn kiểu tiện thô 69 4.7 Hộp thoại lựa chọn bề biên dạng phôi chi tiết 70 4.8 Hộp thoại lựa chọn thông số thân dao bàn xe dao 70 4.9 Hộp thoại thiết lập thông số hình học kiểu dao 71 4.10 Hộp thoại thiết lập thông số chế độ gia công 72 4.11 Hộp thoại Machining Parameter Strategy Geometry Tab 72 4.12 Hộp thoại Tool Tap 73 4.13 Hộp thoại Feeds & Speeds Tab Macros 73 4.14 Hộp thoại công cụ mô trình gia công 74 - Tạo biên dạng rãnh xoắn vít mặt phẳng Oyz Hình 4.20 Tạo profin rãnh vít - Xây dựng bề mặt xoắn vít: Sử dụng công cụ Sweep tạo biên dạng xoắn từ đường Helix, biên dạng rãnh xoắn vít xây dựng Hình 4.21 Tạo biên dạng xoắn vít công cụ Sweep * Bước Tạo bề mặt trục vít - Tạo Sketch mặt phẳng xOy, vẽ hình tròn có đường kính 50 mm Sử dụng lệnh Extrude tạo bề mặt khối trụ 79 Hình 4.22 Tạo bề mặt khối trụ Φ=50mm - Sử dụng lệnh Split cắt phần thừa tạo thành bề mặt trụ vít Hình 4.23 Công cụ Split * Bước Tạo phần thoát dụng cụ gia công: Sử dụng lệnh sweep tạo mặt lệnh Split giới hạn đường chạy dao 80 Hình 4.24 Tạo mặt giới hạn thoát dụng cụ Hình 4.25 Lệnh Split tạo phần thoát dụng cụ * Bước Liên kết bề mặt tạo biên dạng chi tiết: Sử dụng lệnh Join liên kết bề mặt bước tạo thành bề mặt chi tiết 81 Hình 4.26 Lệnh Join liên kết bề mặt * Bước Tạo khối hoàn thành chi tiết: Chuyển sang môi trường làm việc “Part Design”; Sử dụng công cụ “Close surface” để tạo khối Trong môi trường này, sử dụng số công cụ khác để tạo then hoa, vai trục, lỗ ren Hình 4.27 Lệnh Close surface tạo khối - Sử dụng lệnh Extrude tạo đoạn trục dẫn hướng 180mm đoạn cổ trục 30mm 82 Hình 4.28 Lệnh Extrude tạo trục dẫn hướng cổ trục - Sử dụng lệnh Extrude Tạo đoạn trục then hoa, Groove tạo lỗ ren M24 Hình 4.29 Tạo trục then hoa Hình 4.30 Lệnh Groove tạo lỗ ren 83 Hình 4.31 Bản vẽ trục vít 3D sau hoàn thành 84 Hình 4.32 Bản vẽ trục vít 2D sau hoàn thành 85 2.6 Lập trình mô gia công trục vít có bước thay đổi Lập trình mô trình gia công trục vít máy tiện CNC thực qua số thao tác sau: - Vào môi trường gia công, chọn module gia công “Advanced machining” Chọn kiểu gia công “Mutil-axis Helix machining” thiết lập cấu trúc máy, phôi, hệ trục tọa độ máy v.v Hình 4.33 Thiết lập thông số máy Với loại chi tiết trục vít có bước thay đổi, chọn loại máy tiện trục có bàn quay (3-axis With Rotary Table Machine) - Lựa chọn thiết lập dụng cụ cắt: Chọn loại dao có đường kính 10 12 mm Hình 4.34 Lựa chọn dụng cụ 86 - Thiết lập đường chạy dao: Vì chi tiết có biên dạng phức tạp, nên phải thiết lập nhiều đường chạy dao với lượng dư cắt khác Tuy nhiên thời gian điều kiện mô có giới hạn nên Luận văn thiết lập đường chạy dao mô trình cắt (không đặt lượng dư để cắt thô , bán tinh tinh) Hình 4.35 Thiết lập đường chạy dao - Sử dụng công cụ Tool Animation mô trình gia công Hình 4.36 Quá trình mô gia công 87 - Kết sau mô xuất chương trình gia công sang mã NC Hình 4.37 Kết mô trình gia công phần cấp liệu Hình 4.38 Kết mô trình gia công phần nén ép 88 Hình 4.39 Kết mô trình gia công phần định lượng - Xuất chương trình gia công: Sử dụng công cụ Genarate Output Interactively với lựa chọn kiểu liệu NC Code Hình 4.40 Công cụ xuất sang chương trình gia công - Ví dụ Một đoạn chương trình NC xuất từ phần mềm N1 G17 ( Mặt phẳng xOy) 89 N2 G90 ( Lập trình tuyệt đối) N3 G96 ( Tốc độ cắt m/ph) N4 M3 ( Trục quay theo chiều kim đồng hồ) …… N9 T002 M06 ( Thay dao T002) N10 G00 X0 Y0 Z0 A0 C0 ( Chạy dao nhanh đến X0Y0Z0, trục A0, C0) N11 G01 G40 X836.62 Y21.86 Z2.44 A141.129 C-63.4807 F1000 (Tốc độ F=1000 mm/ph) N12 X835.48 Y21.3 Z5.52 A119.887 C-50.7046 (Di chuyển trục dao đến tọa độ X835.48 Y21.3 Z 5.25, trục A quay góc 119.887, C quay -50.7046 ) N13 X834.35 Y20.3 Z8.49 A103.207 C-41.741 N14 X833.33 Y19.05 Z11 A89.983 C-35.2563 N15 X832.08 Y17.09 Z13.86 A74.944 C-28.4593 N16 X831.06 Y15.19 Z15.92 A63.441 C-23.6087 N17 X829.93 Y12.77 Z17.92 A51.045 C-18.6554 N18 X828.79 Y10.09 Z19.55 A39.001 C-14.0582 N19 X827.78 Y7.52 Z20.67 A28.422 C-10.1524 N20 X826.52 Y4.18 Z21.6 A15.516 C-5.5025 N21 X825.5 Y1.39 Z21.96 A5.131 C-1.8146 N22 X824.37 Y-1.74 Z21.93 A-6.405 C2.2658 N23 X823.23 Y-4.85 Z21.46 A-18.042 C6.4054 N24 X822.22 Y-7.53 Z20.67 A-28.435 C10.1573 N25 X820.96 Y-10.7 Z19.23 A-41.605 C15.0368 N26 X819.95 Y-13.05 Z17.71 A-52.396 C19.1833 … N2831 X0 Y-58.23 Z37.01 C33.3184 N2832 M05 (Dừng trục dao) N2833 M02 (Dừng chương trình) N2834 M30 (Kết thúc trở lại đầu chương trình) 90 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trên sở nghiên cứu ứng dụng phần mềm CATIA để thiết kế, lập trình mô gia công chi tiết trục vít có bước thay đổi máy tiện CNC, đề tài đạt số kết sau: - Đã tổng hợp số sở lý thuyết tình hình nghiên cứu ứng dụng phát triển công nghệ CAD/CAM điều kiện Việt Nam Đó sở thuận tiện cho trình tìm hiểu, nghiên cứu công trình khác nghiên cứu lĩnh vực - Đã tìm hiểu đặc điểm cấu tạo, điều kiện làm việc chi tiết trục vít có bước thay đổi Luận văn đề xuất trình công nghệ gia công hợp lý để gia công chế tạo - Đã tiến hành nghiên cứu số module phần mềm CATIA V5R20, ứng dụng để thiết kế, lập trình mô gia công chi tiết trục vít cụ thể Kết thúc trình mô chương trình gia công chuyển sang mã NC tương ứng Kết phần giới thiệu đặc điểm khả ứng dụng phần mềm CATIA vào lĩnh vực sản xuất khí Việt Nam Kiến nghị - Trục vít có bước thay đổi chi tiết có cấu tạo tương đối phức tạp Do thời gian nghiên cứu kiến thức hạn chế nên nên quy trình công nghệ gia công chi tiết mà đề tài đưa chưa đầy đủ Vì cần nghiên cứu sâu công nghệ gia công chi tiêt đề tài khác, đặc biệt chế độ cắt ảnh hưởng chế độ cắt đến chất lượng gia công - Do phần mềm CATIA hệ thống CAD/CAM mạnh mẽ với nhiều chức nên cần có thêm nghiên cứu để tìm hiểu, ứng dụng chức khác phục vụ trình sản xuất 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Quốc Dũng (2009), Nghiên cứu công nghệ gia công bề mặt cong phức tạp máy phay CNC TNG-40A, Luận văn Thạc sỹ khoa học, đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội [2] Trần Văn Địch (2007), Công nghệ CNC, NXb KH&KT, Hà Nội [3] Trần Văn Địch; Nguyễn Trọng Bình; Nguyễn Thế Đạt; Nguyễn Viết Tiếp; PGS.TS Trần Xuân Việt (2003), Công nghệ chế tạo máy, NXb KH&KT, Hà Nội [4] Trần Văn Địch; Lê Văn Tiến; Trần Xuân Việt (2005), Đồ gá khí & tự động hóa, NXB KH&KT, Hà Nội [5] Lê Minh Đức (2008), Thiết bị công nghệ Polyme, Đại học Đà Nẵng [6] Lưu Quang Huy (2005), Cơ sở CAD/CAM thiết kế chế tạo, NXB Hà Nội, Hà Nội [7] Phạm Quang Huy (2007), Thiết Kế Cơ khí Và Mô Phỏng 3D Với Catia, NXB Thống Kê, Hà Nội [8] Trinh Văn Long (2007), Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật Cad/ Cam thiết kế chế tạo khuôn mẫu xác, Luận văn Thạc sỹ khoa học, đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội [9] Nguyễn Đắc Lộc, Tăng Huy (2002), Điều khiển số công nghệ máy điều khiển số, NXb KH&KT, Hà Nội [10] Nguyễn Đắc Lộc, Lưu Văn Nhang (2006), Hướng dẫn thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy, NXB KH &KT, Hà Nội [11] Nguyễn Đắc Lộc; Lê Văn Tiến; Ninh Đức Tốn; Trần Xuân Việt (2005), Sổ tay công nghệ chế tạo máy T1,2,3, NXB KH&KT, Hà Nội [12] Bùi Thị Len (2009), Nghiên cứu ứng dụng phần mềm CATIA thiết kế lập trình gia công nhóm ống cút thủy lực máy tiện CNC, Luận văn Thạc sỹ khoa học, đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội [13] Tạ Duy Liêm (2001), Hệ thống điều khiển số cho máy CNC, NXb KH&KT, Hà Nội 92 [14] Nguyễn Ngọc Văn Thành (2008), Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Catia thiết kế lập trình gia công chi tiết khuôn đúc hộp số động Diesel, Luận văn Thạc sỹ khoa học, đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội [15] Nguyễn Thế Tranh (2007), Bài giảng công nghệ CAD/CAM, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, Đà Nẵng [16] Trần Xuân Việt (2000), Công nghệ gia công máy điều khiển số, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội [17] Bruce A Davis, Paul J Gramann, Maria Del P Noriega E., and Tim A Osswald, grooved feed single screw extruders - improving productivity and reducing viscous heating effects”, University of Wisconsin-Madison [18] James V Valentino (1993), Introduction to Computer Numerical Controls, Prentice Hall [19] J Sun, M R Thompson, Aspects of Screw Design for Wet Granulation Extrusion, Department of Chemical Engineering, McMaster University, Hamilton, Ontario, Canada [20] Sham Tickoo (2009), CATIA V5R17 for Designers, CADCIM Technologies, USA [21] Timothy W.Womer, The Basics of Good Extrusion Screw Design, Director of Research & Development Spirex Corporation [22] Warren Seames(1995), Computer Programming 3rd, Demar Publishers 93 Numerical Control-Concepts and ... cứu phần mềm CATIA ứng dụng số module thiết kế lập trình gia công Trên sở tiến hành nghiên cứu công nghệ chế tạo sử dụng phần mềm để thiết kế lập trình gia công cho chi tiết trục vít có bước thay. .. rãi thị trường Đối tượng gia công: Đề tài nghiên cứu, thiết kế, lập trình gia công mô trình gia công biên dạng xoắn chi tiết trục vít có bước thay đổi máy tiện CNC phần mềm Địa điểm nghiên cứu:... trình công nghê gia công Chương Ứng dụng phần mềm CATIA thiết kế gia công trục vít: Trong chương này, Tác giả giới thiệu phần mềm CATIA: Lịch sử phát triển, cấu trúc; Sử dụng số module phần mềm